lÁseres de cascada cuÁntica quantum cascade laser (qcl) laser de cascada cuántica instituto...
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LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
QUANTUM CASCADE LASER (QCL)QUANTUM CASCADE LASER (QCL)Laser de Cascada Cuántica
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
Ciclo de Seminarios de Física de Láseres
David Romero Antequera2do. Término Maestría en Óptica
México, Puebla. 2007
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Federico CapassoFederico CapassoAlfred Y ChoAlfred Y Cho
• El láser de QCL fue logrado en 1994 en los laboratorios de Bell por Capasso, Alfred Cho y sus colaboradores.
• Este láser es de alta potencia y puede emitir la luz sobre una amplia gama del espectro electromágnetico.
• La estructura cristalina de un laser de QCL contiene hasta 1000 capas que se alternan entre dos diversos semiconductores.
• Adaptando el grueso de estas capas, la longitud de onda del láser se puede variar a través de una gama sin precedente usando la misma combinación de materiales.
• El láser de QCL fue logrado en 1994 en los laboratorios de Bell por Capasso, Alfred Cho y sus colaboradores.
• Este láser es de alta potencia y puede emitir la luz sobre una amplia gama del espectro electromágnetico.
• La estructura cristalina de un laser de QCL contiene hasta 1000 capas que se alternan entre dos diversos semiconductores.
• Adaptando el grueso de estas capas, la longitud de onda del láser se puede variar a través de una gama sin precedente usando la misma combinación de materiales.
*La idea originalmente fue planteada por Kazarinov y Suris (1971)
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Los electrones de la banda de conducción se recombinan con los huecos en la banda de valencia, emitiendo un fotón en el proceso
Láseres de semiconductor comunesLáseres de semiconductor comunes
www.wtec.org/loyola/nano/05_04.htm
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Concepto original y predicción teóricaConcepto original y predicción teórica
Niveles de energía de los electrones en pozos cuánticos fuertemente dependientes del grosor de las capas
Fotones láser creados por saltos de los electrones entre los niveles de energía (por lo tanto la longitud de onda se determina al elegir el grosor de las capas )
Muchos fotones se crean por brincos en cascadas a través de los diferentes posos cuánticos.
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Inyectores, minigaps y minibandasInyectores, minigaps y minibandas
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Ventajas en comparación con Láseres de Ventajas en comparación con Láseres de Semiconductor TradicionalesSemiconductor Tradicionales
Semiconductores Tradicionales Quantum Cascade Laser
La interacción electrón-hueco se agota en cada emisión
Los pozos cuánticos no se agontan por emisión de fotones
Se basan en una interacción que emite un sólo fotón. Requiere dos portadores
Se basan en un sólo tipo de portadores. Pueden emitirse muchos fotones por electrón
La longitud de onda se determina por el gap de energía del material. Diferentes longitudes de onda requieren de materiales diferentes
La longitud de onda depende del ancho de las capas. Se pueden conseguir una variedad inmensa de longitudes de onda utilizando los mismos materiales.
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Ancho del rango de longitudes de onda de un láser QCL. Ancho del rango de longitudes de onda de un láser QCL.
El láser QCL cubre completamente el infrarojo-medio (3.4-17μm) por adaptación del grueso de las capas de el mismo material.
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Alta potencia pico al aumentar el número de pasosAlta potencia pico al aumentar el número de pasos
M. Razeghi, S. Slivken. Jour. Kor. Phys. Soc. 42, S637 (2003)
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Laser CW
• 5.2 m• 1.5 mm de largo• 12 m de ancho• Temperatura máxima:
20°C (115 K)
H. Page. SPIE Europe Symposium (2005)
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Guías de ondaGuías de onda
M. Razeghi, S. Slivken. Jour. Kor. Phys. Soc. 42, S637 (2003)
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Aplicaciones: Evaluación de Transporte AéreoAplicaciones: Evaluación de Transporte Aéreo
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
Más AplicacionesMás Aplicaciones
• Monitoreo de Procesos Industriales• Contaminación en líneas de fabricación de semiconductores• Procesamiento de alimentos• Diagnósticos de combustiones
• Aplicaciones Médicas• Diagnósticos médicos• Contaminantes Biológicos
• Detección de drogas o explosivos
• Detección de agentes biológicos
• Telecomunicaciones
LÁSERES DE CASCADA CUÁNTICA
CONCLUSIONES• Los láseres de cascada cuántica presentan una
excelente alternativa para el mediano infrarrojo.• El proceso se basa en utilizar un electrón para producir
muchos fotones en un ciclo.• La variedad de longitudes de onda que pueden emitirse
con un mismo material representan una enorme ventaja.• Puede emitirse a temperaturas ambiente, con altas
potencias y eficiencias relativamente altas.• Hay tantas posibles aplicaciones que le convierte en un
área interesante de tecnología.• A nivel teórico, experimental y de ingeniería, queda
mucha tela por cortar.